[論文レビュー] Radiation from a dust dynamical LTB black hole

Javad T. Firouzjaee, Reza Mansouri|arXiv (Cornell University)|Apr 4, 2011

Black Holes and Theoretical Physics被引用数 2

ひとこと要約

この論文は、グローバルなイベントホライズンが存在しない宇宙論的FRW背景における動的LTBブラックホールにおけるホーキング放射を調査している。ハミルトニアン・ジャコビ法と径方向光的測地線法を用いて、放射を発するのではなく、実際のホライズン（apparent horizon）—イベントホライズンではなく—であることが示され、一貫したホーキング温度が得られ、動的系におけるブラックホール熱力学の第一法則を支持する。

ABSTRACT

Does a dynamical black hole embedded in a cosmological FRW background emit Hawking radiation where a globally defined event horizon does not exist? What are the differences to the Schwarzschild black hole? What about the first law of black hole mechanics? We face these questions using the LTB cosmological black hole model recently published. Using the Hamilton-Jacobi and radial null geodesic-methods suitable for dynamical cases, we show that it is the apparent horizon which contributes to the Hawking radiation and not the event horizon. The Hawking temperature is calculated using the two different methods giving the same result. The first law of LTB black hole dynamics and the thermal character of the radiation is also dealt with.

研究の動機と目的

• グローバルに定義されたイベントホライズンが存在しない宇宙論的FRW背景に埋め込まれた動的ブラックホールにおいて、ホーキング放射が発生するかどうかを特定すること。
• このような動的系において、実際のホライズンとイベントホライズンのどちらが放射放出において果たす役割を果たすかを明確にすること。
• 動的時空に適した2つの独立した手法を用いてホーキング温度を導出すること。
• LTB動的ブラックホールモデルの文脈において、ブラックホール力学の第一法則の有効性を検証すること。

提案手法

• LTB時空における実際のホライズンを越える粒子のトンネル確率を計算するためのハミルトニアン・ジャコビ法の適用。
• 径方向光的測地線を用いた粒子放出の分析と、動的状況下でのホーキング温度の導出。
• グローバルなイベントホライズンを欠く時空において、標準的なホーキング放射の技法を再考し、関連する因果的境界としての実際のホライズンに焦点を当てる。
• 両手法によるホーキング温度の導出を通じて一貫性を確認し、結果の妥当性を検証する。
• LTB動的ブラックホールにおけるブラックホール熱力学の第一法則の定式化を行い、エネルギー、エントロピー、ホライズンの性質を結びつける。
• 放射スペクトルの熱的性質の分析を通じて、そのホーキング的性質を確認する。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 グローバルに定義されたイベントホライズンが存在しない宇宙論的FRW背景における動的ブラックホールは、ホーキング放射を発するか？
• RQ2 このような動的時空において、ホーキング放射を決定するのは実際のホライズンか、イベントホライズンか？
• RQ3 ハミルトニアン・ジャコビ法と径方向光的測地線法は、LTBブラックホールのホーキング温度を計算する上で、どのように比較できるか？
• RQ4 LTB動的ブラックホールモデルの文脈において、ブラックホール力学の第一法則は保持されるか？
• RQ5 LTBブラックホールが放出する放射の熱的性質は何か？また、標準的なシュバルツシルト解と比べてどう異なるか？

主な発見

• LTB動的ブラックホールモデルにおいて、ホーキング放射の源はイベントホライズンではなく、実際のホライズン（apparent horizon）である。
• ハミルトニアン・ジャコビ法で得られたホーキング温度は、径方向光的測地線法で得られたものと完全に一致しており、一貫性が確認された。
• LTBブラックホールにおいても、エネルギー、エントロピー、ホライズン面積の間の関係が静的ブラックホールと類似した形で成り立つことから、ブラックホール熱力学の第一法則が成立する。
• 放射スペクトルは熱的特性を示しており、放出がホーキング放射として解釈できる可能性を支持する。
• 結果から、動的かつ非一様な宇宙論的ブラックホールモデルにおいて、実際のホライズンが放射放出の主要な役割を果たすことが示された。
• 非定常ブラックホールにおける放射放出の曖昧さを解消するため、本研究では実際のホライズンが主要な物理的境界であると特定した。